Name: a closed-type wireless nanopore electrode for analyzing single nanoparticles
Uploaded: 2019-03-20T13:00:00
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Diese Forschung wurde von der National Natural Science Foundation of China (61871183,21834001), Innovation Programm des Shanghai Municipal Bildung Kommission (2017-01-07-00-02-E00023), das "Chen Guang" Projekt des Shanghai Municipal Bildung unterstützt Kommission und Shanghai Education Development Foundation (17CG 27).

1. Vorbereitung der Lösungen
Hinweis: Achten Sie auf Allgemeine Sicherheitshinweise für alle Chemikalien. Entsorgung von Chemikalien in einer Dampfhaube und tragen Handschuhe, Schutzbrille und einen Laborkittel. Halten Sie brennbare Flüssigkeiten fern von Feuer oder Funken. Alle wässrige Lösungen wurden mit Reinstwasser (18,2 MΩ cm bei 25 ° C) zubereitet. Die vorbereiteten Lösungen wurden mit 0,22 μm Porengröße Filter gefiltert.
<ol><li>
Vorbereitung der KCl-Lösung</stron...

<ol>
	<li>Vajda, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Subnanometre+platinum+clusters+as+highly+active+and+selective+catalysts+for+the+oxidative+dehydrogenation+of+propane.">Subnanometre platinum clusters as highly active and selective catalysts for the oxidative dehydrogenation of propane.</a> Nature Materials. 8 (3), 213-216 (2009).</li><li>Liu, G. L., Long, Y. T., Choi, Y., Kang, T., Lee, L. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantized+plasmon+quenching+dips+nanospectroscopy+via+plasmon+resonance+energy+transfer.">Quantized plasmon quenching dips nanospectroscopy via plasmon resonance energy transfer.</a> Nature Methods. 4 (12), 1015-1017 (2007).</li><li>Hu, J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mass+production+and+high+photocatalytic+activity+of+ZnS+nanoporous+nanoparticles.">Mass production and high photocatalytic activity of ZnS nanoporous nanoparticles.</a> Angewandte Chemie International Edtion. 44 (8), 1269-1273 (2005).</li><li>Martinez, B., Obradors, X., Balcells, L., Rouanet, A., Monty, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low+temperature+surface+spin-glass+transition+in+&#947;-Fe+2+O+3+nanoparticles.">Low temperature surface spin-glass transition in &#947;-Fe 2 O 3 nanoparticles.</a> Physical Review Letters. 80 (1), 181 (1998).</li><li>Fang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasmonic+Imaging+of+Electrochemical+Reactions+of+Single+Nanoparticles.">Plasmonic Imaging of Electrochemical Reactions of Single Nanoparticles.</a> Accounts of Chemical Research. 49 (11), 2614-2624 (2016).</li><li>Mirkin, M. V., Sun, T., Yu, Y., Zhou, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemistry+at+One+Nanoparticle.">Electrochemistry at One Nanoparticle.</a> Accounts of Chemical Research. 49 (10), 2328-2335 (2016).</li><li>Murray, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoelectrochemistry:+metal+nanoparticles,+nanoelectrodes,+and+nanopores.">Nanoelectrochemistry: metal nanoparticles, nanoelectrodes, and nanopores.</a> Chemical Reviews. 108 (7), 2688-2720 (2008).</li><li>Anderson, T. J., Zhang, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-Nanoparticle+Electrochemistry+through+Immobilization+and+Collision.">Single-Nanoparticle Electrochemistry through Immobilization and Collision.</a> Accounts of Chemical Research. 49 (11), 2625-2631 (2016).</li><li>Fu, K., Bohn, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanopore+Electrochemistry:+A+Nexus+for+Molecular+Control+of+Electron+Transfer+Reactions.">Nanopore Electrochemistry: A Nexus for Molecular Control of Electron Transfer Reactions.</a> ACS Central Science. 4 (1), 20-29 (2018).</li><li>Zaino, L. P., Ma, C., Bohn, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanopore-enabled+electrode+arrays+and+ensembles.">Nanopore-enabled electrode arrays and ensembles.</a> Microchimica Acta. 183 (3), 1019-1032 (2016).</li><li>Katemann, B. B., Schuhmann, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+and+Characterization+of+Needle-Type.">Fabrication and Characterization of Needle-Type.</a> Electroanalysis. 14 (1), 22-28 (2002).</li><li>Penner, R. M., Heben, M. J., Longin, T. L., Lewis, N. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+and+use+of+nanometer-sized+electrodes+in+electrochemistry.">Fabrication and use of nanometer-sized electrodes in electrochemistry.</a> Science. 250 (4984), 1118-1121 (1990).</li><li>Watkins, J. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Zeptomole+voltammetric+detection+and+electron-transfer+rate+measurements+using+platinum+electrodes+of+nanometer+dimensions.">Zeptomole voltammetric detection and electron-transfer rate measurements using platinum electrodes of nanometer dimensions.</a> Analytical Chemistry. 75 (16), 3962-3971 (2003).</li><li>Liu, Y., Li, M., Zhang, F., Zhu, A., Shi, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+Au+Disk+Nanoelectrode+Down+to+3+nm+in+Radius+for+Detection+of+Dopamine+Release+from+a+Single+Cell.">Development of Au Disk Nanoelectrode Down to 3 nm in Radius for Detection of Dopamine Release from a Single Cell.</a> Analytical Chemistry. 87 (11), 5531-5538 (2015).</li><li>Li, Y., Bergman, D., Zhang, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+and+electrochemical+response+of+1-3+nm+Pt+disk+electrodes.">Preparation and electrochemical response of 1-3 nm Pt disk electrodes.</a> Analytical Chemistry. 81 (13), 5496-5502 (2009).</li><li>Kasianowicz, J. J., Brandin, E., Branton, D., Deamer, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+individual+polynucleotide+molecules+using+a+membrane+channel.">Characterization of individual polynucleotide molecules using a membrane channel.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 93 (24), 13770-13773 (1996).</li><li>Cao, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Discrimination+of+oligonucleotides+of+different+lengths+with+a+wild-type+aerolysin+nanopore.">Discrimination of oligonucleotides of different lengths with a wild-type aerolysin nanopore.</a> Nature Nanotechnology. 11 (8), 713-718 (2016).</li><li>Cao, C., Long, Y. -. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biological+Nanopores:+Confined+Spaces+for+Electrochemical+Single-Molecule+Analysis.">Biological Nanopores: Confined Spaces for Electrochemical Single-Molecule Analysis.</a> Accounts of Chemical Research. 51 (2), 331-341 (2018).</li><li>Sha, J. J., Si, W., Xu, W., Zou, Y. R., Chen, Y. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Glass+capillary+nanopore+for+single+molecule+detection.">Glass capillary nanopore for single molecule detection.</a> Science China-Technological Sciences. 58 (5), 803-812 (2015).</li><li>Ying, Y. L., Zhang, J., Gao, R., Long, Y. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanopore-based+sequencing+and+detection+of+nucleic+acids.">Nanopore-based sequencing and detection of nucleic acids.</a> Angewandte Chemie International Edition. 52 (50), 13154-13161 (2013).</li><li>Lan, W. J., Holden, D. A., Zhang, B., White, H. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoparticle+transport+in+conical-shaped+nanopores.">Nanoparticle transport in conical-shaped nanopores.</a> Analytical Chemistry. 83 (10), 3840-3847 (2011).</li><li>Karhanek, M., Kemp, J. T., Pourmand, N., Davis, R. W., Webb, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single+DNA+molecule+detection+using+nanopipettes+and+nanoparticles.">Single DNA molecule detection using nanopipettes and nanoparticles.</a> Nano Letters. 5 (2), 403-407 (2005).</li><li>Morris, C. A., Friedman, A. K., Baker, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Applications+of+nanopipettes+in+the+analytical+sciences.">Applications of nanopipettes in the analytical sciences.</a> Analyst. 135 (9), 2190-2202 (2010).</li><li>Yu, R. -. J., Ying, Y. -. L., Gao, R., Long, Y. -. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Confined+Nanopipette+Sensing:+From+Single+Molecules,+Single+Nanoparticles+to+Single+Cells.">Confined Nanopipette Sensing: From Single Molecules, Single Nanoparticles to Single Cells.</a> Angewandte Chemie Interntaional Edition. , (2018).</li><li>Gao, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+30+nm+Nanopore+Electrode:+Facile+Fabrication+and+Direct+Insights+into+the+Intrinsic+Feature+of+Single+Nanoparticle+Collisions.">A 30 nm Nanopore Electrode: Facile Fabrication and Direct Insights into the Intrinsic Feature of Single Nanoparticle Collisions.</a> Angewandte Chemie Interntaional Edition. 57 (4), 1011-1015 (2018).</li><li>Ying, Y. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Asymmetric+Nanopore+Electrode-Based+Amplification+for+Electron+Transfer+Imaging+in+Live+Cells.">Asymmetric Nanopore Electrode-Based Amplification for Electron Transfer Imaging in Live Cells.</a> Journal of the American Chemical Society. 140 (16), 5385-5392 (2018).</li><li>Gao, R., Ying, Y. L., Hu, Y. X., Li, Y. J., Long, Y. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wireless+Bipolar+Nanopore+Electrode+for+Single+Small+Molecule+Detection.">Wireless Bipolar Nanopore Electrode for Single Small Molecule Detection.</a> Analytical Chemistry. 89 (14), 7382-7387 (2017).</li><li>Gao, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+Self-Assembly+of+Homogenous+Microcyclic+Structures+Controlled+by+a+Silver-Coated+Nanopore.">Dynamic Self-Assembly of Homogenous Microcyclic Structures Controlled by a Silver-Coated Nanopore.</a> Small. 13 (25), (2017).</li><li>Kim, B. K., Kim, J., Bard, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemistry+of+a+single+attoliter+emulsion+droplet+in+collisions.">Electrochemistry of a single attoliter emulsion droplet in collisions.</a> Journal of the American Chemical Society. 137 (6), 2343-2349 (2015).</li><li>Lee, P. C., Meisel, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adsorption+and+surface-enhanced+Raman+of+dyes+on+silver+and+gold+sols.">Adsorption and surface-enhanced Raman of dyes on silver and gold sols.</a> Journal of Physical Chemistry. 86 (17), 3391-3395 (1982).</li><li>Steinbock, L. J., Otto, O., Chimerel, C., Gornall, J., Keyser, U. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detecting+DNA+folding+with+nanocapillaries.">Detecting DNA folding with nanocapillaries.</a> Nano Letters. 10 (7), 2493-2497 (2010).</li><li>Gong, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Label-free+in-flow+detection+of+single+DNA+molecules+using+glass+nanopipettes.">Label-free in-flow detection of single DNA molecules using glass nanopipettes.</a> Analytical Chemistry. 86 (1), 835-841 (2013).</li><li>Cadinu, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Double+Barrel+Nanopores+as+a+New+Tool+for+Controlling+Single-Molecule+Transport.">Double Barrel Nanopores as a New Tool for Controlling Single-Molecule Transport.</a> Nano Letters. 18 (4), 2738-2745 (2018).</li><li>Bell, N. A., Keyser, U. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Digitally+encoded+DNA+nanostructures+for+multiplexed,+single-molecule+protein+sensing+with+nanopores.">Digitally encoded DNA nanostructures for multiplexed, single-molecule protein sensing with nanopores.</a> Nature Nanotechnology. 11 (7), 645-651 (2016).</li></ol>

Herstellung von einem klar definierten Nanopipette ist der erste Schritt in der Fertigung geschlossen Typ WNE. Durch die Fokussierung eines CO2 Lasers auf das Zentrum der Kapillare, trennt eine Kapillare in zwei symmetrische Nanopipettes mit nanoskaligen konischen Spitzen. Der Durchmesser ist leicht kontrolliert und reicht von 30-200 nm, durch Anpassung der Parameter von der Laser-Abzieher. Es wird darauf hingewiesen, dass die Parameter für das ziehen für verschiedene Pipette Abzieher variieren können. Die ...

Nanopartikel haben enorme Aufmerksamkeit durch verschiedene Merkmale wie ihre katalytische Fähigkeit, optische Besonderheiten, Electroactivity und hohe Oberflächen-Volumen-Verhältnis1,2,3, 4. elektrochemische Analyse der einzelnen Nanopartikel ist eine direkte Methode für das Verständnis der intrinsischen chemische und elektrochemische Prozesse auf Nano-Ebene. Um hochempfindliche Messungen der einzelnen Nanopartikeln zu erreichen, wurden zwei elektrochemische Ansätze zuvor angewendet um Nanopartikel Informationen aus aktuellen Antworten5,6,7auszulesen. Einer dieser Ansätze beinhaltet Immobilisierung oder bei der Erfassung eines einzelnen Nanopartikel auf der Oberfläche des Nanoelectrode für das Studium der Electrocatalysis8,9. Die andere Strategie treibt einzelne Nanopartikel Kollision mit der Oberfläche einer Elektrode erzeugt eine vorübergehende aktuelle Fluktuation aus dem dynamischen Redox-Prozess.
Beide Methoden benötigen eine nanoskalige Gromer Fernerkundung Schnittstelle, die den Durchmesser des einzelnen Nanopartikeln entspricht. Traditionelle Herstellung von Nanoelectrodes hat jedoch vor allem integriert, Mikro-elektromechanische Systeme (MEMS) oder Laser-Techniken, die sind langweilig und undisciplinable10,11,12ziehen, 13. Z. B. MEMS-basierte Herstellung von Nanoelectrodes ist teuer und erfordert den Einsatz von einem Reinraum, Beschränkung der Massenproduktion und Popularisierung des Nanoelectrodes. Auf der anderen Seite stützt sich Laser ziehen Herstellung von Nanoelectrodes auf Erfahrungen der Betreiber bei der Abdichtung und ziehen aus einem Metalldraht innerhalb der Kapillare. Wenn der Metalldraht nicht gut verschlossen in der Kapillare ist, die Lücke zwischen der Innenwand der Nanopipette und Draht drastisch einzuführen überschüssige aktuelle Hintergrundgeräusche und vergrößern das elektroaktive Tastfeld. Diese Nachteile verringert weitgehend die Empfindlichkeit der Nanoelectrode. Auf der anderen Seite kann die Existenz eines Spaltes Vergrößerung der Elektrodenfläche und reduzieren Sie die Empfindlichkeit der Nanoelectrode. Infolgedessen ist es schwer, eine reproduzierbare Leistung aufgrund der unkontrollierbaren Elektrode Morphologien in jeder Fertigung Prozess14,15garantieren. Eine allgemeine Herstellungsverfahren von Nanoelectrodes mit hervorragende Reproduzierbarkeit ist also dringend notwendig, um elektrochemische Exploration der intrinsischen Eigenschaften von einzelnen Nanopartikeln zu erleichtern.
Vor kurzem wurde die Nanopore-Technik als elegant und markierungsfreie Ansatz für Einzelmolekül-Analyse16,17,18,19,20entwickelt. Aufgrund seiner steuerbaren Herstellung bietet die Nanopipette eine nanoskalige Entbindung mit einem einheitlichen Durchmesser von 30-200 nm bis hin durch einen Laser Kapillare Puller21,22,23,24 . Dieses einfache und reproduzierbare Herstellung Verfahren gewährleistet zudem, die Verallgemeinerung der Nanopipette. Vor kurzem haben wir eine drahtlose Nanopore Elektrode (WNE), erfordern nicht die Abdichtung aus einem Metalldraht innerhalb der Nanopipette vorgeschlagen. Durch eine einfache und reproduzierbare Herstellung besitzt die WNE eine nanoskalige Metallabscheidung innerhalb der Nanopipette bilden eine elektroaktive Schnittstelle25,26,27,28 . Da die WNE eine klar definierte Struktur und einheitliche Morphologie der seine Grenzen hat, erreicht er hohe aktuelle Auflösung sowie niedrige Widerstand-Kapazität (RC) Zeitkonstante für die Durchführung von hohen zeitlichen Auflösung. Wir berichteten bereits zwei Arten von macht, offenen und geschlossen-Typ, für die Realisierung der Einheit Analyse. Die Open-Art WNE beschäftigt eine Nanometal Schicht abgeschieden auf der Innenwand eine Nanopipette, die Bartholow Strom einer einzelnen Entität in die ionische aktuelle Antwort26umwandelt. In der Regel ist eine Open-Type WNE rund 100 nm. Um den Durchmesser des WNE weiter zu verringern, haben wir die geschlossene WNE, in dem eine solide Metall Nanotip voll die Nanopipette Spitze durch eine chemische elektrochemische Ansatz einnimmt. Diese Methode kann schnell eine 30 nm gold Nanotip innerhalb einer Nanopore Entbindung generieren. Die klar definierte Schnittstelle im Bereich Tipp des eine geschlossene WNE sorgt für ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis für elektrochemische Messungen von einzelnen Nanopartikeln. Wie eine geladene gold-Nanopartikel mit geschlossen Typ WNE kollidiert, induziert ein ultraschneller Aufladung-Entladung Prozess an der Spitze-Schnittstelle eine kapazitive Feedback-Antwort (CFR) in der Ionischen aktuelle Ablaufverfolgung. Im Vergleich zu ein vorherigen einzelnen Nanopartikel Kollision Studie über eine Nanoelectrode mit Metall Draht innen29, zeigte geschlossene WNE eine höhere aktuelle Auflösung von 0,6 pA ± 0,1 pA (RMS) und höhere zeitliche Auflösung von 0,01 ms.
Hier beschreiben wir eine detaillierte Fertigung Verfahren für eine geschlossene WNE, die Dimensionen und hervorragende Reproduzierbarkeit hoch gesteuert hat. In diesem Protokoll, eine einfache Reaktion zwischen AuCl4– und BH4– wurde entwickelt, um eine goldene Nanotip zu generieren, die die Öffnung von einem Nanopipette vollständig blockiert. Dann ist bipolar Elektrochemie für ein kontinuierliches Wachstum von gold Nanotip angenommen, die die Länge der einige Mikrometer in die Nanopipette erreicht. Dieses einfache Verfahren ermöglicht die Umsetzung dieses Nanoelectrode Fertigung, die in jedem allgemeine Chemie-Labor ohne ein sauberes Zimmer und teure Ausrüstung durchgeführt werden kann. Um die Größe, Morphologie und innere Struktur der eine geschlossene WNE bestimmen, enthält dieses Protokoll eine detaillierte Charakterisierung Prozedur mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) und Fluoreszenz-Spektroskopie. Ein aktuelles Beispiel wird hervorgehoben, welche Maßnahmen direkt die intrinsischen und dynamische Wechselwirkungen von gold-Nanopartikeln (AuNPs) in Richtung der Nanointerface eine geschlossene WNE kollidieren. Wir glauben, dass die geschlossene WNE einen neuen Weg für zukünftige elektrochemische Studien von lebenden Zellen, Nanomaterialien und Sensoren auf Single-Entität Ebenen ebnen kann.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>650501</td>
			<td>Highly flammable and volatile</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Analytical balance</td>
			<td>Mettler Toledo</td>
			<td>ME104E</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Axopatch 200B amplifier</td>
			<td>Molecular Devices</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Blu-Tack reusable adhesive</td>
			<td>Bostik</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifuge tube</td>
			<td>Corning Inc.</td>
			<td></td>
			<td>Centrifuge Tubes with CentriStar Cap, 15 ml</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chloroauric acid</td>
			<td>Energy Chemical</td>
			<td>E0601760010</td>
			<td>HAuCl4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Clampfit 10.4 software</td>
			<td>Molecular Devices</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digidata 1550A digitizer</td>
			<td>Molecular Devices</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DS Fi1c true-color CCD camera</td>
			<td>Nikon</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ecoflex 5 Addtion cure silicone rubber</td>
			<td>Smooth-On</td>
			<td>17050377</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eppendorf Reference 2 pipettes</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td>492000904</td>
			<td>10, 100 and 1000 &#181;L</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>24102</td>
			<td>Highly flammable and volatile</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Faraday cage</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Copper</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>iXon 888 EMCCD</td>
			<td>Andor</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microcentrifuge tubes</td>
			<td>Axygen Scientific</td>
			<td></td>
			<td>0.6, 1.5 and 2.0 mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microloader</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td>5242 956.003</td>
			<td>20 &#181;L</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope Cover Glass</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>LOT 16938</td>
			<td>20 mm*60 mm-1 mm thick</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Milli-Q water purifier</td>
			<td>Millipore</td>
			<td>SIMS00000</td>
			<td>Denton Electron Beam Evaporator</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>P-2000 laser puller</td>
			<td>Sutter Instrument</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pipette tips</td>
			<td>Axygen Scientific</td>
			<td></td>
			<td>10, 200 and 1,000 &#181;L</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium chloride,+D25+A2:F2+A2:F25</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>P9333-500G</td>
			<td>KCl</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Quartz pipettes</td>
			<td>Sutter</td>
			<td>QF100-50-7.5</td>
			<td>O.D.:1.0 mm, I.D.:0.5 mm, 75 mm length</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Refrigerator</td>
			<td>Siemens</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicone thinner</td>
			<td>Smooth-On</td>
			<td>1506330</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silver wire</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>11466</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium borohydride,</td>
			<td>Tianlian Chem. Tech.</td>
			<td>71320</td>
			<td>NaBH4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ti-U inverted dark-field microscope</td>
			<td>Nikon</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a closed-type wireless nanopore electrode for analyzing single nanoparticles

Messung der intrinsischen Funktionen von einzelnen Nanopartikeln durch Nanoelectrochemistry hält tief grundlegenden Bedeutung und hat mögliche Auswirkungen im Bereich der Nanowissenschaften. Allerdings ist elektrochemisch analysieren einzelne Nanopartikel Herausforderung, da die Fernerkundung Nanointerface unkontrollierbar ist. Um dieses Problem zu lösen, beschreiben wir hier die Herstellung und Charakterisierung einer geschlossen Typ drahtlose Nanopore Elektrode (WNE), das eine sehr kontrollierbar Morphologie und hervorragende Reproduzierbarkeit aufweist. Die einfache Herstellung von WNE ermöglicht die Erstellung von klar definierten Nanoelectrodes in einem allgemeinen Chemielabor ohne den Einsatz von ein sauberes Zimmer und teure Ausrüstung. Eine Anwendung von einem 30 nm geschlossen Typ WNE Analyse der einzelnen gold-Nanopartikel in der Mischung ebenfalls hervorgehoben wird, das zeigt eine aktuelle hochauflösende 0,6 pA und hoher zeitlicher Auflösung von 0,01 Ms. begleitet durch ihre hervorragende Morphologie und kleine Durchmesser, weitere Anwendungsmöglichkeiten der geschlossen-Typ macht können aus Nanopartikel Charakterisierung einzelner Moleküle/Ionen-Erkennung und einzellige sondieren erweitert werden.

Wir zeigen einen oberflächlichen Ansatz, um eine wohldefinierte 30 nm drahtlose Nanopore Elektrode basierend auf einer konischen Nanopipette Quarz zu fabrizieren. Die Herstellung von einem Nanopipette zeigt sich in Abbildung 1, umfasst drei wesentliche Schritte. Ein Microcapillary mit einem Innendurchmesser von 0,5 mm und 1,0 mm Außendurchmesser in den Abzieher fixiert ist, dann ein Laser konzentriert sich auf die Mitte der Kapillare zu den Quarz schmelzen....

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A Closed-Type Wireless Nanopore Electrode for Analyzing Single Nanoparticles

Hier präsentieren wir Ihnen ein Protokoll für die Fertigung einer Elektrode geschlossen Typ drahtlose Nanopore und elektrochemische Folgebewertung des einzigen Nanopartikel Kollisionen.

Eine geschlossene drahtlose Nanopore Elektrode für die Analyse von einzelnen Nanopartikel

Measuring the intrinsic features of single nanoparticles by nanoelectrochemistry holds deep fundamental importance and has potential impacts in ...

Die elektrochemische Messung des intrinsischen Merkmals einzelner Nanopartikel ist in der Nanowissenschaft von großer Bedeutung. Diese Methode zeigt eine einfache, aber hochreproduzierbare Möglichkeit, eine drahtlose Nanoporenelektrode für eine schnelle Einzel-Nanopartikelanalyse zu bauen. Die Größe der Nanoelektrode kann durch diese einfache Herstellungsmethode bis zu 30 Nanometer erreichen.Die aktuelle Auflösung und die zeitliche Auflösung während der Analyse betragen 0,6 Picoamps bzw. 0,01 Millisekunden. Es wird erwartet, dass diese drahtlose Nanoporenelektrode für in vivo und nicht-invasive säkulare Analysen aufgrund der nanoskaligen Größe der Nanoelektrodenspitze verwendet wird. Die lokalisierte Oberflächen-Plasmonische Resonanzeigenschaft der Gold-Nanospitze und die perfekte optische Vision der Kreuz-Nanopipetten könnten eine elektrische optische Detektion im Nanomaßstab ermöglichen.Forscher, die an der Herstellung einer drahtlosen Nanoporenelektrode interessiert sind, sollten den Nanopipette-Gießprozess beherrschen. Denn dies ist ein entscheidender Schritt im Verfahren. Sie sollten beim Gießen der Pipette auf die Umgebungstemperatur und die Luftfeuchtigkeit achten.Zuerst 4,8 Milliliter Chlorauurinsäure mit einem Massenanteil von 1% bis 40 Milliliter entionisiertem Wasser mit kräftigem Rühren hinzufügen. Dann erhitzen Sie die Lösung zum Kochen. Fügen Sie schnell 10 Milliliter einer Trinatriumcitratlösung mit einem Massenanteil von 1% in die Lösung ein.Erhitzen Sie die Lösung für weitere 15 Minuten, bis die endgültige Lösung rot ist. Quarzkapillaren in ein 15 Milliliter Zentrifugenrohr mit Aceton füllen und zehn Minuten lang in einem Ultraschallreiniger reinigen. Wenn Sie fertig sind, entfernen Sie das Aceton und fügen Sie Ethanol hinzu.Dann das Zentrifugenrohr für weitere zehn Minuten Reinigung in den Ultraschallreiniger geben. Als nächstes legen Sie die Quarzkapillaren in ein weiteres 15 Milliliter Zentrifugenrohr mit entionisiertem Wasser zur Entfernung des Ethanols und führen Sie die Ultraschallreinigung für 10 Minuten durch. Trocknen Sie die Quarzkapillaren mit einem Stickstoffgasstrom und lagern Sie sie in einem sauberen Zentrifugenrohr.Schalten Sie anschließend einen Kohlendioxid-Laserzieher ein und heizen Sie 15-20 Minuten vor, um eine gleichmäßige Laserleistung zu gewährleisten. Installieren Sie eine saubere Quarzkapillare im vorgewärmten Kohlendioxid-Laserzieher. Stellen Sie die Zugparameter von Wärme, Filament, Geschwindigkeit, Verzögerung und Zugkraft auf der Platte des Kohlendioxid-Laserziehers für einen bestimmten Durchmesser ein.Fixieren Sie die vorbereitete Nanopipette auf einer Petrischale mit einem wiederverwendbaren Klebstoff zur weiteren Charakterisierung. 10 Mikroliter der hergestellten Chlorausäurelösung mit einem Mikrolader in die Nanopipette injizieren. Zentrifugieren Sie die Nanopipette für fünf Minuten bei etwa 1, 878 mal G zur Entfernung von Luftblasen in der Nanopipette.Nach der Zentrifugation fixieren Sie die Nanopipette auf einem Deckblatt mit zuvor präpariertem Silikonkautschuk und definieren den Bereich innerhalb der Nanopipette als cis-Seite und außen als Transseite. Nachdem Sie fünf Minuten gewartet haben, bis der Gummi aushärtet ist, legen Sie das integrierte Ensemble auf den objektiven Tisch eines invertierten Mikroskops. Schalten Sie die Dunkelfeldbeleuchtung ein und passen Sie sie an, um die Nanopipettespitze unter einem 10-fachen Mikroskopobjektiv zu fokussieren.Wechseln Sie zu einem 40-fachen Ziel für eine höhere räumliche Auflösung. Als nächstes eine Silberchloridelektrode in die Nanopipette geben. Dann legen Sie eine zweite geerdete Silbersilberchloridelektrode auf die Transseite.Schließen Sie die Silberchloridelektroden an einen Vorverstärker an. Schalten Sie das aktuelle Messsystem und die entsprechende Software für die Ionenstromaufzeichnung ein. Stellen Sie dann das angewendete Potential auf 300 Millivolt ein.Nun langsam 150 Mikroliter Natriumborohydrid-Lösung auf die Transseite geben, um die Reaktion zwischen der Chlorausäure und dem Natriumborohydrid auszulösen. Gleichzeitig zeichnen sie die aktuelle Spur und die Dunkelfeldbildstreuspektren mit den aktuellen Mess- und Dunkelfelderkennungssystemen elektrisch und optisch auf. Deaktivieren Sie das angewendete Potential, nachdem die Ionenstromverfolgung auf Null-Picoamps zurückgesetzt wurde.Waschen Sie die vorbereitete geschlossene Art WNE mit fließendem entionisiertem Wasser von unten bis zur Spitze. Ändern Sie die Lösung in den Trans- und Cis-Seiten nach der Herstellung des geschlossenen Typs WNE in eine Kaliumchloridlösung. Übertragen Sie 50 Mikroliter der nanomolaren Nanopartallösung 30 nanomolares Gold auf die Transseite.Zeichnen Sie dann das aktuelle Signal einzelner Nanopartikel-Kollisionsereignisse bei einem Potenzial von 300 Millivolt auf. Ändern Sie schließlich die angelegte Spannung, um die Frequenz-, Amplituden- und Formänderung des aktuellen Signals zu überwachen. Die Herstellung einer Nanopipette umfasst drei Hauptschritte.Eine Mikrokapillare mit einem Innendurchmesser von 0,5 Millimetern und einem Außendurchmesser von 1 Milliliter wird im Abzieher fixiert, und ein Laser wird dann auf die Mitte der Kapillare fokussiert, um den Quarz zu schmelzen. Durch die Anwendung von Kräften auf die Klemmen der Kapillare trennt und bildet sie schließlich zwei Teile mit nanoskaligen kegelförmigen Spitzen. Das Verfahren zur Erzeugung einer Gold-Nanospitze in der Nanopipette-Spitze nach dem Ziehen wird hier gezeigt.Ein In-situ-Charakterisierungssystem wurde verwendet, um den Herstellungsprozess des geschlossenen Typs WNE durch gleichzeitige Aufzeichnung der aktuellen Antwortvariablen und Dunkelfeldbilder zu überwachen. Top-View-SEM-Bilder der nackten Nanopipette und geschlossener WnE-Typ werden hier gezeigt, nachdem Fokusionen eine Seitenansicht teilen SEM-Bild liefert die Morphologie der Gold-Nanospitze innerhalb der geschlossenen Typ WNE. In den einzelnen Nanopartikel-Kollisionsexperimenten werden die Gold-Nanopartikel der Transseite des WNE zugesetzt.Die hervorragende Geräuschentwicklung dieses CNE deckt die versteckten Signale mit einer hohen Signalfrequenz auf. Bei der Erzeugung der Gold-Nanospitze sollte ein geringes Angelegtes Potenzial genutzt werden, um die elektrochemische Schnittstelle zu erzeugen. Ein hoch angelegtes Potenzial könnte die Golderzeugung beschleunigen und zu defekten Strukturen in der Nanospitze führen.Die hohe Kontrastauflösung und die hohe Sonderauflösung dieser Methode können Forschern helfen, den Elektronentransferprozess im Nanomaßstab besser zu verstehen. Natriumborohydrid ist gefährlich und reagiert heftig mit Wasser. Bitte seien Sie vorsichtig bei der Zubereitung der Natriumborohydrid-Lösung.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Steady-state, Pre-steady-state, and Single-turnover Kinetic Measurement for DNA Glycosylase Activity

Steady-State-, Pre-Steady-State-und Einzel-Umsatz Kinetic Measurement für DNA Glycosylase Aktivität

Human 8-oxoguanine DNA glycosylase (OGG1) excises the mutagenic oxidative DNA lesion 8-oxo-7,8-dihydroguanine (8-oxoG) from DNA. Kinetic characterization ...

Forschung

Chemie

Preparation of Silica Nanoparticles Through Microwave-assisted Acid-catalysis

Herstellung von Silica-Nanopartikeln durch Mikrowellen-unterstützte Säure-Katalyse

Microwave-assisted synthetic techniques were used to quickly and reproducibly produce silica nanoparticle sols using an acid catalyst with nanoparticle ...

A Simple Method for the Size Controlled Synthesis of Stable Oligomeric Clusters of Gold Nanoparticles under Ambient Conditions

Eine einfache Methode für die Größe kontrollierte Synthese von stabilen Oligomere Cluster von Goldclustern unter Umgebungsbedingungen

Reducing dilute aqueous HAuCl4 with sodium thiocyanate (NaSCN) under alkaline conditions produces 2 to 3 nm diameter nanoparticles. Stable grape-like ...

Synthesis of Ligand-free CdS Nanoparticles within a Sulfur Copolymer Matrix

Synthese von Ligand freien CdS-Nanopartikel innerhalb eines Schwefel-Copolymer-Matrix

Aliphatic ligands are typically used during the synthesis of nanoparticles to help mediate their growth in addition to operating as high-temperature ...

A Protocol for the Production of Gliadin-cyanoacrylate Nanoparticles for Hydrophilic Coating

Ein Protokoll zur Herstellung von Gliadin-cyanacrylat Nanopartikel für die hydrophile Beschichtung

This article presents a protocol for the production of protein-based nanoparticles that changes the hydrophobic surface to hydrophilic by a simple spray ...

In Situ Detection and Single Cell Quantification of Metal Oxide Nanoparticles Using Nuclear Microprobe Analysis

In Situ Detection and Single Cell Quantification of Metal Oxide Nanoparticles Using Nuclear Microprobe Analysis

In Situ Erkennung und Quantifizierung der einzelnen Zelle von Metall-Oxid-Nanopartikel mit nuklearen Mikrosonde Analyse

Micro-analytical techniques based on chemical element imaging enable the localization and quantification of chemical composition at the cellular level. ...

Liquid-cell Transmission Electron Microscopy for Tracking Self-assembly of Nanoparticles

Flüssigkeit-Cell Transmissions-Elektronenmikroskopie zur Nachverfolgung Selbstmontage von Nanopartikeln

Drying a nanoparticle dispersion is a versatile way to create self-assembled structures of nanoparticles, but the mechanism of this process is not fully ...

In Situ Lithiated Reference Electrode: Four Electrode Design for In-operando Impedance Spectroscopy

In Situ Lithiated Referenzelektrode: Vier Elektrodenkonstruktion bei Operando Impedanz Spektroskopie

Extending operating voltage of Li-ion batteries results in higher energy output from these devices. High voltages, however, may trigger or accelerate ...

Ligand-Mediated Nucleation and Growth of Palladium Metal Nanoparticles

Liganden-vermittelten Keimbildung und das Wachstum von Palladium Metall-Nanopartikeln

The size, size distribution and stability of colloidal nanoparticles are greatly affected by the presence of capping ligands. Despite the key contribution ...